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环境工程原理胡洪营教学大纲环境工程专业核心课程教学基本内容之三环境工程原理教学基本内容一、绪论1.污染控制技术体系水污染控制技术体系大气污染控制技术体系固体废物处理处置技术体系2.污染控制技术原理的基本类型二、质量衡算与能量衡算1.常用物理量(1)常用物理量及单位换算计量单位（国际单位制）常用物理量的单位换算因次和无因次准数(2)常用物理量及其表示方法浓度流量流速通量的表示方法2.质量衡算(1)衡算系统的概念衡算系统衡算对象衡算基准(2)总质量衡算方程3.能量衡算(1)总能量衡算方程(2)热量衡算方程封闭系统的热量衡算开放系统的热量衡算三、 *流体流动1.管流系统的衡算方程(1)质量衡算方程管流系统的总衡算方程不可压缩流体管内流动的连续性方程(2)能量衡算方程总能量衡算方程机械能衡算方程不同基准的机械能衡算方程形式(3)机械能衡算方程的应用2.流体流动的内摩擦力牛顿粘性定律动力粘性系数牛顿流体流动状态对剪切应力的影响3.边界层理论(1)边界层理论边界层理论要点平板上和圆直管内边界层的形成过程边界层的厚度进口段长度(2)边界层分离边界层分离的概念分离的条件及影响分离点的影响因素4.流体流动的阻力损失(1)阻力损失的种类摩擦阻力形体阻力产生的原因和影响因素(2)圆直管内流动的沿程阻力损失范宁公式摩擦系数/范宁摩擦因子层流流动的速度分布和阻力损失湍流流动的速度分布和阻力损失(3)管道内的局部阻力损失局部阻力系数当量长度5.管路计算简单管路分支管路并联管路的特点和计算6.流体测量测速管孔板流量计文丘里流量计和转子流量计的原理及计算四、热量传递1.热量传递的方式热传导对流传热辐射传热(1)傅立叶定律傅立叶定律导热系数导温系数(2)通过壁面的稳定热传导通过平壁和圆管壁的热传导速率方程串联热阻叠加原则接触热阻3.对流传热(1)对流传热机理传热边界层边界层厚度影响对流传热的因素(2)对流传热速率牛顿冷却定律*对流传热系数（管内强制对流大空间自然对流蒸气冷凝）(3)保温层的临界直径(4)间壁传热过程总传热速率方程总传热系数对流传热控制平均温差计算*传热单元数法4.辐射传热(1)辐射传热的基本概念热辐射辐射传热物体的辐射能力单色辐射能力最大单色辐射能力的波长与温度的关系(2)黑体和灰体的辐射能力斯蒂芬－波尔茨曼定律黑度克希霍夫定律物体间的辐射传热速率(3)气体热辐射的特点5.换热器(1)换热器的分类与结构形式(2)间壁式换热器的类型与结构(3)强化传热的途径五、质量传递(1)传质机理分子扩散涡流扩散(2)分子扩散费克定律分子扩散系数及其影响因素2.分子传质(1)单向扩散费克定律的普通形式扩散通量浓度分布(2)等摩尔反向扩散扩散通量浓度分布(3)*界面上有化学反应的稳态传质3.对流传质(1)传质机理传质边界层边界层厚度流态对传质的影响(2)单相中对流传质对流传质速率方程等摩尔反向扩散时的传质系数单向扩散时的传质系数(3)*典型情况对流传质系数平板上的湍流传质平板上的层流传质圆管内的层流传质六、沉降1.沉降分离的基本概念(1)沉降分离的一般原理与类型(2)流体阻力与阻力系数单颗粒的几何特性参数流体阻力阻力系数2.重力沉降(1)重力场中颗粒的沉降过程(2)沉降速度的计算试差法摩擦数群法无因次判据(3)沉降分离设备的基本工作原理3.离心沉降(1)离心力场中颗粒的沉降分析(2)旋流器工作原理旋风分离器旋流分流器(3)离心沉降机工作原理4.*其他沉降电沉降惯性沉降七、过滤1.过滤操作的基本概念过滤过程过滤介质过滤分类2.表面过滤的基本理论(1)表面过滤的基本方程表面过滤的基本方程恒压过滤和恒速过滤计算过滤常数的测定(2)*滤饼洗涤洗涤速度洗涤时间(3)*过滤能力计算间歇式过滤机连续式过滤机3.深层过滤的基本理论(1)流体通过颗粒床层的流动混合颗粒的几何特性颗粒床层的几何特性流体在颗粒床层中的流动(2)深层过滤过程中颗粒的运动(3)深层过滤的水力学清洁滤料床层运行过程中滤料床层八、吸收1.吸收的定义及类型2.物理吸收(1)物理吸收的热力学基础气液平衡和亨利定律相平衡关系在吸收过程中的应用(2)物理吸收的动力学基础吸收过程机理双膜理论总传质速率方程传质阻力分析(3)吹脱和汽提过程3.化学吸收(1)化学吸收的特点(2)化学吸收的平衡关系(3)化学吸收的传质速率4.吸收设备的主要工艺计算(1)吸收设备工艺简述填料塔吸收过程的全塔物料衡算操作线方程式与操作线(2)吸收剂用量的计算填料层高度的计算式传质单元数的计算(3)吸收过程的计算类型九、吸附1.吸附分离操作的类型及应用2.吸附剂常用吸附剂的主要特性几种常用的工业吸附剂吸附剂的选择3.吸附平衡(1)吸附平衡与平衡吸附量(2)吸附等温线吸附等温线的类型（气相单组分吸附等温线液相单组分吸附等温线）吸附等温式（Freundlich方程Langmuir方程BET方程）(3)气体混合物吸附平衡4.吸附动力学(1)吸附剂颗粒外表面界膜传质速率(2)吸附剂颗粒内表面扩散速率(3)总传质速率方程(4)吸附扩散速率的计算5.吸附过程与吸附穿透曲线(1)吸附工艺(2)吸附过程(3)吸附穿透曲线十、其它分离过程1.萃取(1)萃取分离的特点(2)萃取过程的热力学基础三角形相图溶解度曲线和联结线杠杆规则分配曲线与分配系数(3)萃取剂的选择萃取剂的选择性系数萃取剂的选择(4)萃取工艺流程与计算单级萃取多级错流萃取多级逆流萃取连续逆流萃取2.膜分离(1)膜分离概述膜分离过程分类膜分离特点膜种类膜材料膜组件型式(2)膜分离中的传递过程膜分离的表征参数膜传递过程的推动力及一般表述膜传递过程模型(3)反渗透和纳滤溶液渗透压反渗透和纳滤过程机理反渗透和纳滤膜过程计算(4)微滤和超滤基本传质理论浓差极化与凝胶层(5)电渗析十一、反应动力学1.反应的计量关系反应式与计量方程反应的分类反应程度与转化率2.反应动力学计算(1)反应速率方程反应速率的表示方法反应速率与转化率的关系反应级数反应速率常数温度对反应速率常数的影响(2)均相反应动力学不可逆单一反应可逆单一反应平行反应串联反应3.*反应动力学解析方法十二、反应器1.反应器分类2.均相反应器(1)间歇反应器基本设计方程图解计算法(2)完全混合流反应器单级反应器多级串联反应器的基本设计方程及图解计算法(3)平推流反应器简单平推流反应器的设计方程和图解计算法循环反应器的操作方法恒容反应系统的基本设计方法3.非均相反应器(1)气(液)-固相催化反应器催化反应固体催化剂及其物理性状催化反应过程反应动力学等温反应器的设计计算(2)气-液相反应器气液相反应过程气液相反应动力学气液相反应的基本方程4.*微生物反应器(1)微生物反应特点特点分类产物影响因素微生物反应的计量关系(2)微生物反应动力学(3)微生物反应器的操作与设计。
10.1 用 H 型强酸性阳离子交换树脂去除质量浓度为 5%的 KCl 溶液,交换 平衡时,从交换柱中交换出来的 H 离子的摩尔分数为0.2,试计算 K 离子的去除 率。
已知 K H K=2.5,溶液密度为 1025 kg/m 3。
解:溶液中 K + 的摩尔浓度为 [K +]= (I(/ (I(= 0.688mol/LK HK= 2.5所以 x K ＋ = 0.09K 离子的去除率为1- x K ＋ = 1- 0.09 = 0.9110.2 用H 型强酸性阳离子树脂去除海水中的 Na +、K +离子(假设海水中仅存 在这两种阳离子),已知树脂中 H + 离子的浓度为 0.3mol/L ,海水中 Na + 、K +离子 的浓度分别为 0. 1mol/L 和 0.02mol/L ,求交换平衡时溶液中 Na +、K +离子的浓度。
已知K H K= 3.0 ,K HN ＋= 2.0 。
解: K HK3.0 , K HN ＋aa aa2.0同时0.3y Na ＋ = 0.1(1- x Na ＋ ) ,0.3y K ＋ = 0.02 (1- x K ＋ ) 联立以上几式,求得x K ＋ = 0.023 , x Na ＋ = 0.162所以平衡时溶液中的浓度 Na + 为 0.0162 mol/L ,K + 为 0.00046 mol/L10.3 某强碱性阴离子树脂床,床层空隙率为 0.45,树脂颗粒粒度为 0.25mm , 孔隙率为 0.3,树脂交换容量为 2.5mol/m 3 ,水相原始浓度 1.2mol/m 3 ,液相与树 脂相离子扩散系数分别为 D 1 = 3.4 x 10-2m 2/h 、 D r = 2.1x 10-3m 2/h ,溶液通过树脂床的流速为4m/h 。
试判断属哪种扩散控制。
解:彼克来准数de= = = 0.0089Vermeulen 准数Ve= (I(＋de- 1/2 =x I((＋x 0.0089- 1/2 = 22.25 所以属于液膜扩散控制。
胡洪营-环境工程原理答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第I 篇 习题解答第一章 绪论简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。
解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。
环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。
图1-1是环境学科的分科体系。
图1-1 环境学科体系简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
图1-2 环境工程学的学科体系环境工程学 环境净化与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程 土壤净化与污染控制技术 废物资源化技术环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
(1)按物理结构:可分为凝胶型、大孔型和等孔型。
(2)按合成单体:可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。
(3)按活性基团性质:阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等。
(二)离子交换树脂的结构离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物,由空间网状结构骨架(即母体) 和附着在骨架上的许多活性基团所构成。
(三)离子交换树脂的物理化学性质(1)交联度:离子交换树脂是一种具有立体交联结构的高分子化合物。
交联结构有树脂合成时加入的交联剂来实现。
交联度是指交联剂的用量(用质量分数表示)。
交联度越大,树脂结构越密集,溶胀越小,选择性越高和稳定性越好。
(2)粒度:离子交换树脂通常为球形,粒径为0.2~1.2mm。
(3)密度:密度分真密度和视密度。
真密度指树脂溶胀后的质量与其本身所占体积之比;视密度指树脂溶胀后的质量与其堆积体积之比。
阳离子树脂的真密度一般为1300kg/m3 左右,视密度为700~850kg/m3 ;阴离子树脂的真密度一般为1100kg/m3 ,视密度为600~750kg/m3。
(4)溶胀性:离子交换树脂浸泡于水中时,由于溶剂化作用会发生体积增大,即为溶胀。
树脂的溶胀程度与交联度、交联结构、基团与反离子的种类有关。
(5)交换容量:离子交换树脂的交换容量是树脂最重要的性能,它定量地表示树脂交换能力的大小。
交换容量又可区分为全交换容量和工作交换容量。
全交换容量指单位质量(或体积) 的树脂中可以交换的化学基团的总数,亦称理论交换容量。
工作交换容量指树脂在给定工作条件下实际可利用的交换能力,与运行条件,如再生方式和程度、原水离子成分、树脂层高度、操作流速和温度等有关。
(6)选择性:树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱的反应。
影响离子交换树脂选择性的因素包括:离子的水化半径:离子在水溶液中通常发生水化作用,离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。
水化半径越小的离子越易被交换。
离子的化合价:离子的化合价越高,其与树脂的亲和力越强,越易被树脂交换。
